“Nuestra tecnología de toma de plástico fuera del relleno sanitario, lo bloquea en concreto, y también utiliza menos cemento para hacer el hormigón, lo que hace menos de emisiones de dióxido de carbono”, dice el profesor adjunto Michael Short.
Adición de bits de botellas de agua de plástico irradiados podrían reducir las emisiones de carbono de la industria de cemento.
Botellas de plástico desechadas podrían un día ser utilizados para construir estructuras de hormigón, más flexibles, más fuertes de las aceras y las barreras a la calle, edificios y puentes, de acuerdo con un nuevo estudio.
MIT estudiantes universitarios han encontrado que, mediante la exposición de las escamas de plástico a dosis débiles, inofensivas de radiación gamma, a continuación, pulverizando los copos en un polvo fino, que puede mezclar el plástico irradiado con pasta de cemento y cenizas para producir concreto que es hasta un 15 por ciento volar más fuerte que el hormigón convencional.
El hormigón es, después del agua, el segundo material más ampliamente utilizado en el planeta. La producción de hormigón genera alrededor de 4,5 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de origen humano del mundo. Sustitución de incluso una pequeña porción de hormigón con plástico irradiado por lo tanto podría ayudar a reducir la huella de carbono global de la industria del cemento.
Plásticos Reutilización como aditivos de hormigón también podrían redirigir botellas de agua y de soda, el grueso de la que de otro modo terminar en un vertedero.
“Hay una enorme cantidad de plástico que se depositan en vertederos cada año”, dice Michael Short, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT. “Nuestra tecnología de toma de plástico fuera del relleno sanitario, lo bloquea en concreto, y también utiliza menos cemento para hacer el hormigón, lo que hace menos de emisiones de dióxido de carbono. Esto tiene el potencial de sacar el vertido de residuos de plástico fuera del relleno sanitario y en los edificios, en los que en realidad podría ayudar a hacerlos más fuertes “.
El equipo incluye Carolyn Schaefer ’17 y el MIT alto Michael Ortega, quien inició la investigación como un proyecto de clase; Kunal Kupwade-Patil, un científico de investigación en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental; Anne White, un profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear; Oral Buyukozturk, profesor en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental; Carmen Soriano de Argonne National Laboratory; y corto. El nuevo documento aparece en la revista Waste Management .
“Esta es una parte de nuestro esfuerzo dedicado en nuestro laboratorio para involucrar a los estudiantes en experiencias de investigación pendientes que se ocupan de las innovaciones en la búsqueda de nuevas y mejores materiales de hormigón con una clase diversa de aditivos de composiciones químicas diferentes,” dice Buyukozturk, que es el director del Laboratorio Infraestructura para la Ciencia y la sostenibilidad. “Los resultados de este proyecto estudiante de grado abren un nuevo escenario en la búsqueda de soluciones para infraestructura sostenible.”
Una idea, cristalizado
Schaefer y Ortega comenzaron a explorar la posibilidad de hormigón reforzado con plástico como parte de 22.033 (Sistemas Nucleares Proyecto Diseño), en la que se pidió a los estudiantes a elegir su propio proyecto.
“Querían encontrar formas de reducir las emisiones de dióxido de carbono que no se acaba, ‘Vamos a construir reactores nucleares,’” dice Short. “La producción de hormigón es una de las mayores fuentes de dióxido de carbono, y se puso a pensar, ‘¿cómo podemos atacar eso?’ Se miraron a través de la literatura, y luego una idea cristalizaron “.
Los estudiantes aprendieron que otros han tratado de introducir el plástico en mezclas de cemento, pero el plástico debilitaron el hormigón resultante. Al investigar más, se encontraron pruebas de que la exposición de plástico a dosis de radiación gamma hace que el cambio estructura cristalina del material de una manera que el plástico se vuelve más fuerte, más rígido y más resistente. Sería plástico irradiando realmente funcionan para reforzar el hormigón?
Para responder a esta pregunta, los estudiantes obtienen primero copos de tereftalato de polietileno – material plástico utilizado para hacer botellas de agua y soda – a partir de una instalación de reciclaje local. Schaefer y Ortega ordenados manualmente a través de las escamas para retirar trozos de metal y otros desechos. A continuación, caminaron las muestras de plástico hasta el sótano de del MIT Building 8, que alberga un irradiador de cobalto-60 que emite rayos gamma, una fuente de radiación que se utiliza normalmente en el comercio para descontaminar los alimentos.
“No hay radioactividad residual de este tipo de radiación”, dice Short. “Si usted se pegó algo en un reactor y se irradia con neutrones, que saldría radiactivo. Sin embargo, los rayos gamma son un tipo diferente de radiación que, en la mayoría de las circunstancias, no dejar rastro de la radiación “.
El equipo expuesto diversos lotes de copos a una dosis baja o alta de rayos gamma. A continuación, molieron cada lote de copos en un polvo y se mezclan los polvos con una serie de muestras de pasta de cemento, cada uno con polvo tradicional cemento Portland y uno de los dos aditivos minerales común: cenizas volantes (un subproducto de la combustión de carbón) y humo de sílice (una subproducto de la producción de silicio). Cada muestra contenía aproximadamente 1,5 por ciento de plástico irradiada.
Una vez que las muestras se mezclaron con agua, los investigadores vertieron las mezclas en moldes cilíndricos, les permitió curar, quitan los moldes, y se sometieron los cilindros de hormigón resultantes de la compresión pruebas. Se midió la resistencia de cada muestra y se compararon con muestras similares hechos con plástico regular, no irradiado, así como con las muestras que no contienen plástico en absoluto.
Ellos encontraron que, en general, las muestras con plástico normal eran más débiles que los que no tienen ningún plástico. El hormigón con cenizas volantes o humo de sílice era más fuerte que el concreto hecho con sólo cemento Portland. Y la presencia de plástico irradiado junto con cenizas volantes fortaleció el hormigón aún más, aumentando su resistencia hasta en un 15 por ciento en comparación con las muestras que son sólo con cemento Portland, en particular en las muestras con altas dosis de plástico irradiado.
La carretera de hormigón por delante
Después de los ensayos de compresión, los investigadores dieron un paso más, utilizando diversas técnicas de imagen para examinar las muestras en busca de pistas sobre por qué plástico irradiado produjo un concreto más fuerte.
El equipo tomó muestras a sus Argonne National Laboratory y el Centro de Ciencia de los Materiales e Ingeniería (CMSE) en el MIT, donde se les analizaron mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de retrodispersión, y microtomografía de rayos X. Las imágenes de alta resolución revelaron que las muestras que contienen plástico irradiado, especialmente a dosis altas, exhiben estructuras cristalinas con más reticulación, o conexiones moleculares. En estas muestras, la estructura cristalina también parecía bloquear los poros en el hormigón, por lo que las muestras más denso y por lo tanto más fuerte.
“En un nano-nivel, este plástico irradiado afecta la cristalinidad de concreto”, dice Kupwade-Patil. “El plástico irradiado tiene alguna reactividad, y cuando se mezcla con cemento Portland y cenizas volantes, los tres juntos dan la fórmula mágica, y se obtiene un concreto más fuerte.”
“Hemos observado que dentro de los parámetros de nuestro programa de pruebas, cuanto mayor sea la dosis irradiada, mayor será la resistencia del hormigón, por lo que se necesitan más investigaciones para adaptar la mezcla y optimizar el proceso con la irradiación de los resultados más eficaces,” Kupwade- dice Patil. “El método tiene el potencial de alcanzar soluciones sostenibles con un mejor rendimiento tanto para aplicaciones estructurales y no estructurales.”
De cara al futuro, el equipo tiene la intención de experimentar con diferentes tipos de plásticos, junto con varias dosis de radiación gamma, para determinar sus efectos sobre el hormigón. Por ahora, han encontrado que la sustitución de aproximadamente 1,5 por ciento de hormigón con plástico irradiado puede mejorar significativamente su fuerza. Si bien esto puede parecer una pequeña fracción, Short dice, implementado en una escala global, reemplazando incluso esa cantidad de concreto podría tener un impacto significativo.
“Hormigón produce alrededor de 4,5 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono del mundo,” dice Short. “Sacar un 1,5 por ciento de eso, y ya se está hablando de 0,0675 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono del mundo. Eso es una gran cantidad de gases de efecto invernadero en un solo golpe “.
“Esta investigación es un ejemplo perfecto del trabajo interdisciplinario multiteam hacia soluciones creativas, y representa una experiencia educativa modelo”, dice Buyukozturk.
Esta historia ha sido actualizado para aclarar que el hormigón que contiene tanto plástico irradiado y cenizas volantes, en lugar de con el plástico irradiado solo, es más fuerte, hasta en un 15 por ciento, en comparación con el hormigón convencional.
Fuente: MIT